1.5. Превращение в стали при медленном охлаждении

(отжиге или нормализации)

При понижении температуры ниже А₁ происходит распад аустенита на феррит и цементит. Этот процесс идет по разному в доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных сталях, но сущность его одна

А ® Ф+Ц

Процесс распада аустента на феррит и цементит носит диффузионный

характер, так как сопровождается перемещением атомов углерода на сравнительно большие расстояния. Естественно, для этого требуется определенное время, и дисперсность продуктов распада будет зависеть от степени переохлаждения или скорости охлаждения.

Рассмотрим процесс распада аустенита на примере эвтектоидной стали. Это превращение состоит из трех этапов:

1. Перегруппировка атомов из решетки аустенита (ГЦК) в решетку феррита (ОЦК);

2. Выделение мельчайших частичек цементита;

3. Рост частиц цементита пластинчатой формы в феррите

Таким образом, при медленном охлаждении эвтектоидной стали формируется структура пластинчатого перлита. Увеличение скорости охлаждения приводит к понижению критических точек по сравнению с равновесной диаграммой - распад аустенита будет происходить не при температуре 723⁰, а несколько ниже. При этом скорость диффузии уменьшается, частички цементита не успевают вырасти, твердость повышается. Структуры с более мелкими частичками цементита (по сравнению с цементитом перлита) называются сорбитом и троститом. Условия образования продуктов распада аустенита и их свойства условно можно представить в следующем виде.

 

Скорость охлаждения 0/сек.	Получаемая структура	Примерный размер частичек цементита, мм	Твердость, НВ
<50	Перлит	1 - 9*10-3	<260
50-100	Сорбит	1 - 9*10-4	260-300
100-150	Тростит	1 - 9*10-5	350-400

 

Таким образом, при сравнительно медленных скоростях охлаждения формируются структуры перлита, сорбита и тростита, состоящие из феррита и цементита, которые различаются только размером частичек цементита и твердостью.

В доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях распад аустенита протекает аналогично с той лишь разницей, что до начала образования перлита выделяется избыточный феррит или цементит соответственно.

 

1.6. Превращение в стали при быстром охлаждении

(закалке)

Если скорость охлаждения аустенита настолько велика, что даже мельчайшие частицы цементита не успевают выделяться, получается принципиально новый тип структуры - мартенсит.

А ® М

В этом случае происходит только перестройка решетки ГЦК в решетку ОЦК. Весь углерод остается в решетке aFe и искажает ее. Решетка становится не кубической, а тетрогональной (см.рис.5). Степень искаженности решетки мартенсита зависит от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем больше искажения решетки и выше твердость. Например, в стали У8 твердость мартенсита около 60НRC (600НВ).

Мартенсит - пересыщенный, переохлажденный твердый раствор углерода в aFe.

Мартенситное превращение от других фазовых превращений отличается рядом особенностей.

1. Мартенсит имеет характерное игольчатое строение. Размер игл (кристаллов) определяется размером исходного аустенитного зерна (первые

иглы мартенсита проходят через все зерно). Поэтому, чем мельче исходное зерно аустенита, тем мельче кристаллы мартенсита и выше свойства.

2. Мартенсит образуется бездиффузионным путем за счет сдвига решеток. Игла мартенсита растет практически мгновенно со скоростью распространения звука в упругой среде (7000 м/сек). Состав исходной фазы (А) и конечной фазы (М) одинаков.

3. Образование мартенсита сопровождается некоторым увеличением объема, что приводит к возникновению значительных внутренних напряжений, которые могут привести к деформациям и трещинам.

4. Образование мартенсита происходит не при одной какой-то температуре, а в интервале температур (Мн – температура начала образования мартенсита, Мк - конец образования). На положение этого интервала сильно влияет состав стали и особенно содержание углерода (см.рис.6). Повышение содержания углерода снижает Мн и Мк одновременно расширяя интервал. Наиболее важным является то, что в сталях с содержанием углерода более 0,6% конец образования мартенсита смещен ниже комнатной температуры (-70..-100). Поэтому при закалке таких сталей часть аустенита остается не превращенной. Такой аустенит называют остаточным аустенитом. Чтобы перевести Аост в мартенсит, требуется охлаждение до низких температур, т.е. обработка холодом

В заключение отметим, что мартенситное превращение происходит только тогда, когда высокотемпературная фаза быстро переохлаждена до низких температур, и, следовательно, этого превращение диффузионным

механизмом становится невозможно.